JP4017934B2

JP4017934B2 - Ultrasonic probe

Info

Publication number: JP4017934B2
Application number: JP2002215893A
Authority: JP
Inventors: 千比呂加藤; 直子原
Original assignee: Tomey Corp
Current assignee: Tomey Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP2004023781A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、超音波ビームの指向性を改善し、超音波ビームを大きく偏向した場合でも、十分な感度を得ることができる超音波診断装置用二次元アレイ探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の二次元アレイ探触子１は、図４に示すように超音波を送信すると共にその反射エコーを受信する複数の圧電体２を平面状あるいは曲面状に配置し、各圧電体２の両面に電極３を設け、超音波放射面側の電極の上に音響整合層４を形成した構造となっている。また該電極背面にバッキング材６が設けられている。さらに超音波放射面側に全振動子エレメントを覆うように、ある曲率を持った音響レンズ５を設けることにより焦点形成を行う場合もある。
【０００３】
一方、前記振動子エレメントが円形である場合、１エレメントから放射される超音波の強度分布Ｒは、振動子の半径をａ、放射される超音波の波長をλ、メインローブの中心からの方位角をθ、Ｊ_１（ｘ）を一次ベッセル関数とすると、下記の式（１）および（２）によって表される。
【０００４】

【０００５】
つまり、振動子エレメントから放射される超音波ビームは図２に示すような指向性を有する。また、従来の二次元アレイ探触子は、前記振動子エレメントを二次元的に配列して構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の二次元アレイ探触子において、各振動子から超音波を送受信する際に、位相差を制御することにより超音波ビームを偏向する（ステアリング、フォーカシング）ことが通常行われる。この場合、各振動子エレメントから放射される超音波ビームが図２に示すようにθが大きくなるほどメインローブ２０の強度が低下するという指向性を有するために、前記二次元アレイ探触子における超音波ビームの偏向角が大きい領域では感度が低下する。
【０００７】
このような領域で十分な感度を得る方法として、前記振動子エレメントの半径ａを小さくすることにより超音波ビームを無指向性に近づけることが考えられるが、超音波の周波数が高くなるほど微細加工が要求されるため現実的には製造上困難が伴ってくるという問題が生じる。一方、振動子エレメントを小さくするほど超音波の出力強度が低下するため反射超音波の信号対雑音比が低下するという問題も生ずる。
【０００８】
そこで、本発明は、振動子エレメントをそれほど小さくすることなく、放射超音波ビームの指向性を向上することにより、偏向角が大きい領域でも十分な感度を得ることのできる超音波診断装置用の二次元アレイ探触子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の二次元アレイ探触子は、超音波ビームを放射する振動子と、その振動子の超音波放射面側に配置された音響レンズを備える。そして、振動子は二次元的に配置された複数の振動子エレメントを有しており、音響レンズは、振動子エレメント毎に個別に形成されている。各音響レンズの超音波放射面は、対応する振動子エレメントから放射される超音波ビームを拡散するように単一の曲面又は複数の曲面の集合体で構成されている。
【００１０】
ここで、音響レンズは、振動子エレメント毎に個別に形成されたレンズ体を複数備えており、各レンズ体の超音波放射面を凸面状または凹面状に形成することができる。あるいは、音響レンズは、複数の振動子エレメントに対応する１つのレンズ体を備えており、そのレンズ体は、振動子エレメント毎に、当該振動子エレメントに対応する超音波放射面を凸面状または凹面状に形成することができる。
【００１１】
また、振動子は、振動子エレメント毎に独立した圧電体を備えることができる。
【００１２】
あるいは、振動子は、複数の振動子エレメントに対応する１枚の圧電体と、その圧電体の両面に配置された電極板とを有し、両電極板の少なくとも一方にアレイ状に電極パターンを形成することもできる。一方の電極板にアレイ状の電極パターンを形成した場合、両電極板の一方を共通電極とすることができる。
【００１３】
前記の１枚の圧電板には、単一の圧電体または複合圧電体を用いることができる。
【００１４】
二次元アレイ探触子は、音響レンズの超音波放射面側に音響レンズを覆うように配置された保護膜をさらに備えることができる。
【００１５】
【作用】
上記構成を有する二次元アレイ探触子は、振動子エレメントごとに超音波ビームが拡散されるため、超音波ビームのメインローブの幅が広がり指向性を向上することができるため、電子スキャンにおいて偏向角を大きくした場合でも十分な感度を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は本発明の振動子エレメント３０を上から見た図であり、それぞれ矩形、円形および六角形の形状を有している。また、図３（ｄ）および（ｅ）は本発明の振動子エレメント３０を横から見た図であり、圧電体２の上下両面に電極３を設け、前記電極の片側に超音波の背面放射を吸収するためのバッキング材６を配し、さらに超音波放射面の電極の前には音響インピーダンスマッチングのための音響整合層４を形成し、前記音響整合層の前に超音波ビームを拡散するための音響レンズ５を設けている。
【００１７】
図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は本発明の前記振動子エレメントを二次元配置する実施例を示している。図１（ａ）は図３の矩形振動子エレメントを二次元配置する実施例であり、（ｂ）および（ｃ）は円形振動子エレメントを二次元配置する実施例である。さらに図１の（ｄ）は六角形振動子エレメントを二次元配置する実施例を示している。（ａ）、（ｃ）および（ｄ）は面積効率が高い配置であり、（ａ）および（ｂ）は直交配置である。その他の配置方法も考えられるが、一般的に各エレメントの間隔が密で、エレメント数を多くしたほうが指向性を向上することができる。
【００１８】
図１（ｅ）および（ｆ）は本発明の第一の実施例であり、前記振動子エレメントを二次元配置して構成した二次元アレイ探触子を横から見た断面図を示す。振動子エレメント３０を図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）などのように二次元配列し、その超音波ビームの放射面側全体に、生体との密着性向上と保護を目的とした保護層４０を設ける。該保護層は音速および音響インピーダンスとも生体に近い材料を用いて、複数の前記音響レンズの先端が成す面にほぼ平行あるいは生体に合わせた形状となるように形成する。また端部は生体密着性を向上するために滑らかな形状とする。
【００１９】
前記音響レンズ５内の音速値が前記保護層４０内の音速値と比較して速い材料を使用する場合は、図３（ｄ）および図１（ｅ）に示すように音響レンズを凸面状に形成することにより超音波ビームを拡散することができる。逆に音速値が遅い材質を用いる場合には、図３（ｅ）および図１（ｆ）に示すように音響レンズを凹面状に形成することにより超音波ビームを拡散することが可能である。
【００２０】
図５は本発明の第二の実施例を示している。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、振動子エレメント３０は、圧電体２の上下両面に電極３を設け、超音波放射面の電極の前には音響インピーダンスマッチングのための音響整合層４を形成し、前記音響整合層の前に超音波ビームを拡散するための音響レンズ５を設けている。図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は前記振動子エレメント３０を二次元配置して成る二次元アレイ探触子の実施例を横から見た断面図を示している。図５（ｃ）では平面のバッキング材６を形成し、その上に前記振動子エレメント３０を二次元配置している。図５（ｄ）ではある曲率でバッキング材６を形成し、その凹面側に前記振動子エレメント３０を二次元配置している。さらに図５（ｅ）では凸面状にバッキング材６を形成し、その上に前記振動子エレメント３０を二次元配置している。図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）の超音波ビーム放射面側には、二次元アレイ全体を覆うように保護層４０を形成する。該保護層の表面形状は超音波ビームの放射方向と直交するように形成されるか若しくは生体の形状に合わせた形状に形成され、端部は生体との密着性を向上するために滑らかな形状とする。図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は凸状音響レンズを用いた（ａ）の振動子エレメントで構成されているが、凹状音響レンズを用いた（ｂ）の振動子エレメントで構成してもよい。また、振動子エレメントの二次元配置の方法は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置を採用してもよい。
【００２１】
図６は前記音響レンズの具体的な形状の例を示す。図６（ａ）は前記振動子エレメントごとに設けられる音響レンズ５が、単一の曲面から形成される例である。図６（ｂ）は前記振動子エレメントごとに設けられる音響レンズ５が、複数の曲面の集合体で形成される例である。
【００２２】
図６（ａ）の音響レンズ５の場合、前記振動子エレメントごとに放射される超音波ビームの進行方向は６０の方向に均等に拡散するため、各音響レンズに対して波面が球面状となる。一方、図６（ｂ）の音響レンズ５の場合は、前記振動子エレメントごとに音響レンズが複数の微小曲面で構成されており、超音波ビームは該微小曲面から均等に拡散するため、前記振動子エレメントから放射される超音波ビームの進行方向は６０’であり、前記振動子エレメントの波面は中央が平面波、周辺部は曲面状となる。第一および第二の実施例においては、図６に示す何れの形状の音響レンズを用いてもよい。
【００２３】
図７は前記音響レンズを一体形成する場合の第三の実施例を示す。図７（ａ）は図６（ａ）の音響レンズを二次元的に連結して一体形成した音響レンズ集合体７０を用いた本発明の二次元アレイ探触子における実施例を横から見た断面図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）の音響レンズを二次元的に連結して一体形成した音響レンズ集合体７０を用いた本発明の二次元アレイ探触子における実施例を横から見た断面図である。図７の実施例では二次元配置された複数の振動子エレメント３０と同じ位置にそれぞれ音響レンズ５が配置されるように音響レンズ集合体７０が形成されているため、第一および第二の実施例のように音響レンズを振動子エレメントごとに個別に配置する場合と同一の効果が得られる。さらに本実施例では、製造工程上著しく作業が簡略化できるという利点がある。本実施例では、振動子エレメントを二次元配置する方法として図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置を採用してもよい。また、図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）に示すように、平面、凸面または凹面状に形成されたバッキング材の上に振動子エレメントを並べる方法を採用してもよい。
【００２４】
ここで、第一、第二および第三の実施例においては、複数の独立したアレイ状圧電体を集めて二次元アレイ探触子が形成されているが、図８に示す第四の実施例のように一枚の圧電体２の両面にアレイ状電極パターン８０を形成する方法を用いてもよい。図８（ａ）および（ｂ）において圧電体２の超音波放射面側全面に共通電極を形成し、その逆面にはアレイ状電極パターンを形成する。図８（ｃ）に示すように、前記共通電極側に整合層４を設け、その上に前記音響レンズまたは音響レンズ集合体７０を形成し、さらにその上に保護層４０を設ける。また、アレイ状電極パターン側にはバッキング材６を配置する。本実施例は、複数の独立した振動子エレメントを集めて二次元アレイ探触子を形成する第一、第二および第三の実施例と同一の作用をもたらす。さらに第一、第二および第三の実施例と比較して、製造工程上の位置決め作業が容易である。本実施例において、振動モードの厚み振動成分が大きく横振動成分が少ないポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やチタン酸鉛（ＰＴ）などの圧電体を用いることが望ましい。本実施例においては、振動子エレメントを二次元配置する方法として、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置を採用してもよい。また、二次元アレイ探触子全体の形状が図８（ｃ）に示すような平面であるのみでなく、凸面或いは凹面であってもよい。さらにアレイ状電極パターンの形状は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）またはその他の如何なる形状でもよく、その配置は図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置方法を採用してもよい。また本実施例における音響レンズの構成は第一、第二および第三の実施例で記載した如何なる構成を採用してもよい。
【００２５】
図９は複合圧電体を用いて二次元アレイ探触子を構成した本発明における第五の実施例を示す。図９（ａ）の複合圧電体９０の超音波放射面側全面に図９（ｂ）、（ｃ）に示すように共通電極８１を形成し、その逆面にはアレイ状電極パターン８０を形成する。図９（ｄ）に示すように、前記共通電極側に音響整合層４を設け、その上に前記音響レンズまたは音響レンズ集合体７０を形成し、さらにその上に保護層４０を設ける。また、アレイ状電極パターン側にはバッキング材６を配置する。本実施例において複合圧電体を用いることにより、隣接するエレメント同士の影響を低減することが可能である。本実施例においては、振動子エレメントを二次元配置する方法として、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置を採用してもよい。また、二次元アレイ探触子全体の形状が図９（ｄ）に示すような平面であるのみでなく、凸面或いは凹面であってもよい。さらにアレイ状電極パターンの形状は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）またはその他の如何なる形状でもよく、その配置は図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置方法を採用してもよい。また本実施例における音響レンズの構成は第一、第二および第三の実施例で記載した如何なる構成を採用してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
上記構成を有する二次元アレイ探触子は、振動子エレメントごとに超音波ビームを拡散するため、それほど各振動子エレメントを小さくしなくても放射超音波の指向性を向上することができ、これにより超音波ビームの偏向角が大きい領域で感度が低下するという問題を解決することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動子エレメントの並べ方と第一の実施例における二次元アレイ探触子を横から見た断面図
【図２】円形振動素子から放射される超音波の指向性
【図３】本発明の各振動子エレメントの形状と構造を示す図
【図４】従来の二次元アレイ探触子の例
【図５】本発明の第二の実施例における二次元アレイ探触子を横から見た断面図。
【図６】本発明における音響レンズと音響レンズを通過する超音波ビームの進行方向と波面を説明する図。
【図７】本発明の第三の実施例における二次元アレイ探触子を横から見た断面図。
【図８】本発明の第四の実施例における二次元アレイ探触子の構造を説明する図。
【図９】本発明の第五の実施例における二次元アレイ探触子の構造を説明する図。
【符号の説明】
１二次元アレイ探触子
２圧電体
３電極
４音響整合層
５音響レンズ
６バッキング材
２０メインローブ
２１サイドローブ
３０振動子エレメント
４０保護層
６０、６０’ 超音波ビーム進行方向
６１、６１’ 波面
７０音響レンズ集合体
８０アレイ状電極パターン
８１共通電極
９０複合圧電体[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a two-dimensional array probe for an ultrasonic diagnostic apparatus that improves the directivity of an ultrasonic beam and can obtain sufficient sensitivity even when the ultrasonic beam is largely deflected.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 4, the conventional two-dimensional array probe 1 has a plurality of piezoelectric bodies 2 that transmit ultrasonic waves and receive reflected echoes arranged in a planar shape or a curved surface. The electrode 3 is provided, and the acoustic matching layer 4 is formed on the electrode on the ultrasonic radiation surface side. A backing material 6 is provided on the back surface of the electrode. Further, there is a case where the focal point is formed by providing an acoustic lens 5 having a certain curvature so as to cover all the transducer elements on the ultrasonic radiation surface side.
[0003]
On the other hand, when the transducer element is circular, the intensity distribution R of the ultrasonic wave emitted from one element is such that the radius of the vibrator is a, the wavelength of the emitted ultrasonic wave is λ, and the direction from the center of the main lobe When the angle is θ and J ₁ (x) is a primary Bessel function, it is expressed by the following equations (1) and (2).
[0004]

[0005]
That is, the ultrasonic beam emitted from the transducer element has directivity as shown in FIG. The conventional two-dimensional array probe is configured by arranging the transducer elements two-dimensionally.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional two-dimensional array probe, when transmitting / receiving ultrasonic waves from each transducer, it is usual to deflect the ultrasonic beam (steering, focusing) by controlling the phase difference. In this case, since the ultrasonic beam radiated from each transducer element has directivity that the intensity of the main lobe 20 decreases as θ increases as shown in FIG. Sensitivity decreases in a region where the deflection angle of the sound beam is large.
[0007]
As a method for obtaining sufficient sensitivity in such a region, it is conceivable to make the ultrasonic beam close to omnidirectional by reducing the radius a of the transducer element. However, as the frequency of the ultrasonic wave is increased, the fine processing is performed. Since it is required, there is a problem that it is actually difficult to manufacture. On the other hand, as the transducer element is made smaller, the output intensity of the ultrasonic wave is lowered, so that there is a problem that the signal-to-noise ratio of the reflected ultrasonic wave is lowered.
[0008]
Therefore, the present invention provides an ultrasonic diagnostic apparatus that can obtain sufficient sensitivity even in a region with a large deflection angle by improving the directivity of the emitted ultrasonic beam without reducing the transducer element so much. An object is to provide a dimensional array probe.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a two-dimensional array probe according to the present invention includes a transducer that emits an ultrasonic beam and an acoustic lens disposed on the ultrasonic radiation surface side of the transducer. The vibrator has a plurality of vibrator elements arranged two-dimensionally, and the acoustic lens is individually formed for each vibrator element. The ultrasonic radiation surface of each acoustic lens is composed of a single curved surface or a collection of curved surfaces so as to diffuse the ultrasonic beam emitted from the corresponding transducer element.
[0010]
Here, the acoustic lens includes a plurality of lens bodies individually formed for each transducer element, and the ultrasonic radiation surface of each lens body can be formed in a convex shape or a concave shape. Alternatively, the acoustic lens includes one lens body corresponding to a plurality of transducer elements, and the lens body has, for each transducer element, an ultrasonic radiation surface corresponding to the transducer element that is convex or concave. Can be formed.
[0011]
Further, the vibrator can include an independent piezoelectric body for each vibrator element.
[0012]
Alternatively, the vibrator has one piezoelectric body corresponding to a plurality of vibrator elements and electrode plates arranged on both surfaces of the piezoelectric body, and an electrode pattern is arranged in an array on at least one of the two electrode plates. It can also be formed. When an arrayed electrode pattern is formed on one electrode plate, one of the two electrode plates can be a common electrode.
[0013]
A single piezoelectric member or a composite piezoelectric member can be used for the one piezoelectric plate.
[0014]
The two-dimensional array probe may further include a protective film disposed on the ultrasonic radiation surface side of the acoustic lens so as to cover the acoustic lens.
[0015]
[Action]
In the two-dimensional array probe having the above configuration, since the ultrasonic beam is diffused for each transducer element, the width of the main lobe of the ultrasonic beam can be widened and the directivity can be improved. Sufficient sensitivity can be obtained even when the angle is increased.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIGS. 3A, 3B, and 3C are views of the transducer element 30 of the present invention as viewed from above, and have rectangular, circular, and hexagonal shapes, respectively. 3 (d) and 3 (e) are views of the transducer element 30 of the present invention as viewed from the side. Electrodes 3 are provided on both upper and lower surfaces of the piezoelectric body 2, and ultrasonic back radiation is provided on one side of the electrodes. The acoustic matching layer 4 for acoustic impedance matching is formed in front of the electrodes on the ultrasonic radiation surface, and the ultrasonic beam is diffused in front of the acoustic matching layer. An acoustic lens 5 is provided.
[0017]
FIGS. 1A, 1B, 1C and 1D show an embodiment in which the transducer elements of the present invention are two-dimensionally arranged. FIG. 1 (a) is an embodiment in which the rectangular vibrator elements of FIG. 3 are two-dimensionally arranged, and (b) and (c) are embodiments in which circular vibrator elements are two-dimensionally arranged. Further, FIG. 1D shows an embodiment in which hexagonal transducer elements are two-dimensionally arranged. (A), (c) and (d) are arrangements with high area efficiency, and (a) and (b) are orthogonal arrangements. Although other arrangement methods are also conceivable, in general, the intervals between the elements are close, and the directivity can be improved by increasing the number of elements.
[0018]
FIGS. 1E and 1F show a first embodiment of the present invention, and show a cross-sectional view of a two-dimensional array probe configured by two-dimensionally arranging the transducer elements as viewed from the side. The transducer elements 30 are two-dimensionally arranged as shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, 1D, etc., and the adhesion to the living body is improved and protected over the entire radiation surface side of the ultrasonic beam. A protective layer 40 for the purpose is provided. The protective layer is formed using a material close to a living body in terms of both sound velocity and acoustic impedance so as to be substantially parallel to the surface formed by the tips of the plurality of acoustic lenses or in a shape adapted to the living body. Further, the end portion has a smooth shape in order to improve bioadhesion.
[0019]
When using a material whose sound speed value in the acoustic lens 5 is faster than the sound speed value in the protective layer 40, the acoustic lens is convex as shown in FIGS. 3 (d) and 1 (e). By forming, an ultrasonic beam can be diffused. On the contrary, when a material having a low sound velocity value is used, it is possible to diffuse the ultrasonic beam by forming the acoustic lens in a concave shape as shown in FIGS. 3 (e) and 1 (f).
[0020]
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 5A and 5B, the transducer element 30 is provided with electrodes 3 on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 2, and acoustic matching for acoustic impedance matching in front of the electrodes on the ultrasonic radiation surface. A layer 4 is formed, and an acoustic lens 5 for diffusing an ultrasonic beam is provided in front of the acoustic matching layer. 5C, 5D, and 5E are cross-sectional views of an embodiment of a two-dimensional array probe in which the transducer elements 30 are two-dimensionally arranged as viewed from the side. In FIG. 5C, a planar backing material 6 is formed, and the transducer elements 30 are two-dimensionally arranged thereon. In FIG. 5D, the backing material 6 is formed with a certain curvature, and the transducer elements 30 are two-dimensionally arranged on the concave surface side. Further, in FIG. 5E, the backing material 6 is formed in a convex shape, and the transducer elements 30 are two-dimensionally arranged thereon. A protective layer 40 is formed on the ultrasonic beam radiation surface side of FIGS. 5C, 5D, and 5E so as to cover the entire two-dimensional array. The surface shape of the protective layer is formed so as to be orthogonal to the radiation direction of the ultrasonic beam, or formed in a shape that matches the shape of the living body, and the end portion has a smooth shape to improve adhesion to the living body. And 5 (c), (d) and (e) are composed of the transducer element (a) using a convex acoustic lens, but are composed of the transducer element (b) using a concave acoustic lens. May be. Further, as a method of two-dimensional arrangement of the transducer elements, FIG. 1 (a), (b), (c), (d) or any other arrangement may be adopted.
[0021]
FIG. 6 shows an example of a specific shape of the acoustic lens. FIG. 6A shows an example in which the acoustic lens 5 provided for each transducer element is formed from a single curved surface. FIG. 6B shows an example in which the acoustic lens 5 provided for each transducer element is formed of an assembly of a plurality of curved surfaces.
[0022]
In the case of the acoustic lens 5 of FIG. 6A, the traveling direction of the ultrasonic beam radiated for each transducer element is uniformly diffused in the direction of 60, so that the wavefront is spherical with respect to each acoustic lens. . On the other hand, in the case of the acoustic lens 5 shown in FIG. 6B, the acoustic lens is composed of a plurality of minute curved surfaces for each transducer element, and the ultrasonic beam diffuses evenly from the minute curved surfaces. The traveling direction of the ultrasonic beam radiated from the child element is 60 ', and the wavefront of the transducer element has a plane wave at the center and a curved surface at the periphery. In the first and second embodiments, an acoustic lens having any shape shown in FIG. 6 may be used.
[0023]
FIG. 7 shows a third embodiment in which the acoustic lens is integrally formed. FIG. 7A is a side view of an embodiment of the two-dimensional array probe of the present invention using an acoustic lens assembly 70 integrally formed by two-dimensionally connecting the acoustic lenses of FIG. 6A. FIG. 7B is a cross-sectional view, and FIG. 7B shows an embodiment of the two-dimensional array probe of the present invention using an acoustic lens assembly 70 integrally formed by two-dimensionally connecting the acoustic lenses of FIG. 6B. It is sectional drawing which looked at from the side. In the embodiment of FIG. 7, the acoustic lens assembly 70 is formed so that the acoustic lens 5 is disposed at the same position as the plurality of transducer elements 30 arranged two-dimensionally. As in the example, the same effect can be obtained as when acoustic lenses are individually arranged for each transducer element. Further, the present embodiment has an advantage that the operation can be greatly simplified in the manufacturing process. In this embodiment, as a method of arranging the transducer elements two-dimensionally, FIG. 1 (a), (b), (c), (d) or any other arrangement may be adopted. Further, as shown in FIGS. 5C, 5D, and 5E, a method of arranging vibrator elements on a backing material formed in a flat, convex, or concave shape may be employed.
[0024]
Here, in the first, second, and third embodiments, a two-dimensional array probe is formed by collecting a plurality of independent arrayed piezoelectric bodies, but the fourth embodiment shown in FIG. As described above, a method of forming the arrayed electrode pattern 80 on both surfaces of one piezoelectric body 2 may be used. 8A and 8B, a common electrode is formed on the entire surface of the piezoelectric body 2 on the ultrasonic radiation surface side, and an arrayed electrode pattern is formed on the opposite surface. As shown in FIG. 8C, the matching layer 4 is provided on the common electrode side, the acoustic lens or acoustic lens assembly 70 is formed thereon, and the protective layer 40 is further provided thereon. A backing material 6 is disposed on the arrayed electrode pattern side. This embodiment brings about the same operation as the first, second and third embodiments in which a plurality of independent transducer elements are collected to form a two-dimensional array probe. Furthermore, the positioning operation in the manufacturing process is easier than in the first, second and third embodiments. In this embodiment, it is desirable to use a piezoelectric body such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or lead titanate (PT) having a large thickness vibration component and a small transverse vibration component in the vibration mode. In this embodiment, as a method of arranging the transducer elements two-dimensionally, FIG. 1 (a), (b), (c), (d) or any other arrangement may be adopted. Further, the shape of the entire two-dimensional array probe is not only a plane as shown in FIG. 8C, but may be a convex surface or a concave surface. Furthermore, the shape of the arrayed electrode pattern may be that shown in FIGS. 3A, 3B, 3C, or any other shape, and the arrangement thereof is as shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, 1D. Alternatively, any other arrangement method may be adopted. In addition, as the configuration of the acoustic lens in the present embodiment, any configuration described in the first, second, and third embodiments may be adopted.
[0025]
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention in which a two-dimensional array probe is constructed using a composite piezoelectric material. A common electrode 81 is formed on the entire surface of the composite piezoelectric body 90 shown in FIG. 9A on the ultrasonic radiation surface side as shown in FIGS. 9B and 9C, and an arrayed electrode pattern 80 is formed on the opposite surface. To do. As shown in FIG. 9D, the acoustic matching layer 4 is provided on the common electrode side, the acoustic lens or acoustic lens assembly 70 is formed thereon, and the protective layer 40 is further provided thereon. A backing material 6 is disposed on the arrayed electrode pattern side. By using the composite piezoelectric material in this embodiment, it is possible to reduce the influence between adjacent elements. In this embodiment, as a method of arranging the transducer elements two-dimensionally, FIG. 1 (a), (b), (c), (d) or any other arrangement may be adopted. Further, the shape of the entire two-dimensional array probe is not only a plane as shown in FIG. 9D, but may be a convex surface or a concave surface. Furthermore, the shape of the arrayed electrode pattern may be that shown in FIGS. 3A, 3B, 3C, or any other shape, and the arrangement thereof is as shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, 1D. Alternatively, any other arrangement method may be adopted. In addition, as the configuration of the acoustic lens in the present embodiment, any configuration described in the first, second, and third embodiments may be adopted.
[0026]
【The invention's effect】
Since the two-dimensional array probe having the above configuration diffuses the ultrasonic beam for each transducer element, the directivity of the emitted ultrasonic wave can be improved without making each transducer element small. Thus, it is possible to solve the problem that the sensitivity is lowered in a region where the deflection angle of the ultrasonic beam is large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the arrangement of transducer elements of the present invention and the two-dimensional array probe in the first embodiment when viewed from the side. FIG. 2 is a directivity of ultrasonic waves radiated from a circular vibration element. 3 is a diagram showing the shape and structure of each transducer element of the present invention. FIG. 4 is an example of a conventional two-dimensional array probe. FIG. 5 is a diagram of a two-dimensional array probe according to a second embodiment of the present invention. Sectional drawing seen from the side.
FIG. 6 is a diagram illustrating an acoustic lens and a traveling direction and a wavefront of an ultrasonic beam passing through the acoustic lens according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a two-dimensional array probe according to a third embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 8 is a view for explaining the structure of a two-dimensional array probe in a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating the structure of a two-dimensional array probe in a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Two-dimensional array probe 2 Piezoelectric body 3 Electrode 4 Acoustic matching layer 5 Acoustic lens 6 Backing material 20 Main lobe 21 Side lobe 30 Transducer element 40 Protective layer 60, 60 'Ultrasonic beam traveling direction 61, 61' Wavefront 70 Acoustic lens assembly 80 Array electrode pattern 81 Common electrode 90 Composite piezoelectric body

Claims

A two-dimensional array probe used in an ultrasonic diagnostic apparatus,
An oscillator that emits an ultrasonic beam;
An acoustic lens disposed on the ultrasonic radiation surface side of the vibrator,
The vibrator has a plurality of vibrator elements arranged two-dimensionally,
The acoustic lens is individually formed for each transducer element,
The two-dimensional feature in which the ultrasonic radiation surface of each acoustic lens is composed of a single curved surface or a collection of multiple curved surfaces so as to diffuse the ultrasonic beam radiated from the corresponding transducer element Array probe.

The two-dimensional array probe according to claim 1, wherein the transducer includes an independent piezoelectric body for each transducer element.

The vibrator has one piezoelectric body corresponding to a plurality of vibrator elements, and electrode plates arranged on both surfaces of the piezoelectric body, and an electrode pattern is formed in an array on at least one of both electrode plates. The two-dimensional array probe according to claim 1, wherein the two-dimensional array probe is used.

4. The two-dimensional array probe according to claim 3, wherein one of the two electrode plates is a common electrode.

5. The two-dimensional array probe according to claim 3, wherein the one piezoelectric body is a single piezoelectric body or a composite piezoelectric body.

The two-dimensional array probe according to any one of claims 1 to 5, further comprising a protective film disposed on the ultrasonic radiation surface side of the acoustic lens so as to cover the acoustic lens.